【手続補正書】
【提出日】平成18年9月27日(2006.9.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
２つの強磁性層と、当該２つの強磁性層の間のナノ接合部とが同一平面内に形成され、前記２つの強磁性層間のナノ接合部の最大長さが、当該ナノ接合部の構成材料の平均自由行程以下であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項８】
２つの強磁性層と当該２つの強磁性層の間のナノ接合部とが同一平面内に形成された磁気抵抗効果素子の製造方法であって、
基板上に強磁性材料からなる層を形成する強磁性層形成工程と、
形成された強磁性材料からなる層をパターニングして、前記２つの強磁性層間のナノ接合部の最大長さを前記強磁性材料の平均自由行程以下にするパターニング工程と、を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記第１の目的を達成する本発明の磁気抵抗効果素子は、２つの強磁性層と、当該２つの強磁性層の間のナノ接合部とが同一平面内に形成され、前記２つの強磁性層間でに形成されたナノ接合部の最大長さが、当該ナノ接合部の構成材料の平均自由行程以下であることを特徴とする。本発明においては、その同一平面に形成されたナノ接合部は、単数又は複数（すなわち、１又は２以上）存在してもよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
この発明によれば、２つの強磁性層間で且つ同一平面内に形成されたナノ接合部の最大長さがそのナノ接合部の構成材料の平均自由行程以下であるので、ＢＭＲ効果により高感度の信号検出を行うことができると共に、その構成に由来する静磁エネルギーの低減作用と、端面に発現する静磁荷の発生を抑圧する作用とにより、磁区構造制御と磁気的安定性を確保することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
上記第３の目的を達成する本発明の上記の磁気抵抗効果素子の製造方法は、２つの強磁性層と当該２つの強磁性層の間のナノ接合部とが同一平面内に形成された磁気抵抗効果素子の製造方法であって、基板上に強磁性材料からなる層を形成する強磁性層形成工程と、形成された強磁性材料からなる層をパターニングして、前記２つの強磁性層間のナノ接合部の最大長さを前記強磁性材料の平均自由行程以下にするパターニング工程と、を有することを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
（ナノ接合部）
ナノ接合部１２は、スピン分極率が０．５以上の強磁性材料で形成されている。そうした強磁性材料としては、各種の強磁性材料を用いることが可能であるが、Ｆｅ（スピン分極率：０．５）、ＣｏＦｅ（スピン分極率：０．６〜０．８）、ＣｏＦｅＮｉ（スピン分極率：０．６〜０．８）等の強磁性金属群、ＣｒＯ２（スピン分極率：０．９〜１）等の強磁性半金属群、及びＦｅ３Ｏ４（スピン分極率：０．９〜１）等の強磁性酸化物群から選択される材料が好ましく用いられる。なお、特に好ましい強磁性材料としては、ＣｏＦｅを挙げることができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
図２は、図１の磁気抵抗効果素子を構成するナノ接合部１２の拡大図である。ナノ接合部１２の最大長さは、平均自由行程以下の長さになっている。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
このナノ接合部１２は、図１に示す磁気抵抗効果素子１０を平面視した場合にそのナノ接合部１２を通る水平線を引いたときの断面に現れる形状として、円形、楕円形、角形（三角形、四角形、等々）又はそれらに近似する形状で形成される。そのため、ナノ接合部１２の最大長さとは、図１に示す磁気抵抗効果素子１０を平面視した場合の幅方向においては、ナノ接合部１２の断面に現れる図形形状の最大長さ（最大断面長さ）ｄ１と規定できる。また、図１に示す磁気抵抗効果素子１０を平面視した場合におけるナノ接合部１２の幅方向に直交する方向においては、幅方向の長さｄ１が平均自由行程以下となる領域が、その幅方向に直交する方向の長さｄ２でも平均自由行程以下となる領域のことである。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
ナノ接合部１２の幅方向の長さｄ１は、平均自由行程以下であることが好ましい。平均自由行程は材料固有の値であり、ナノ接合部１２を形成する強磁性材料により異なるが、多くの強磁性材料は５ｎｍ〜１５ｎｍ程度であるので、平均自由行程以下とは、１５ｎｍ以下、乃至５ｎｍ以下と規定することができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
一方、ナノ接合部１２の幅方向に直交する方向の長さｄ２（図１及び図２を正面視した場合においては上下方向の長さ）も、上記の幅方向の長さｄ１と同様に、平均自由行程以下であることが好ましい。具体的には上記と同様に「１５ｎｍ以下」、乃至「５ｎｍ以下」とすることができる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
ナノ接合部１２の幅方向の長さｄ１及び幅方向に直交する方向の長さｄ２が平均自由行程を超えた寸法である場合は、磁化が反並行の場合にナノ接合部１２の磁壁は非常に厚くなり、そのナノ接合部１２を通過する電子はスピン情報を保つことが難しくなる。その結果として、磁化の方向の変化に起因した磁気抵抗効果が得られ難くなることがある。従って、本発明においては、その寸法が特にスピン情報をよく保つことができる点で効果のある平均自由行程以下であることが望ましい。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
ナノ接合部１２の最大長さ、すなわち幅方向の長さｄ１及び幅方向に直交する方向の長さｄ２が平均自由行程以下になると、そのナノ接合部１２が極薄磁壁の発生部となり、そのナノ接合部１２を挟む態様で設けられている２つの強磁性層１１，１３の間の相対的な磁化の配置関係を変化させることができる。これにより２つの強磁性層１１，１３の間の電気抵抗が変化する。本発明の磁気抵抗効果素子の場合、基本的に、磁場印加方向を変えても電気抵抗が磁場により減少する磁場領域が存在することから、ここで発生する磁気抵抗効果は、ナノ接合部１２の部分で形成された磁壁により発生する磁気抵抗効果であるといえる。ここで、ナノ接合部１２の磁壁は、磁化方向を異にする２つの部分（ナノ接合部１２を挟む２つの強磁性層１１，１３）の遷移領域として作用する。そして、本発明においては、磁化方向及び印加磁場の大きさに応じて５０％以上の大きな磁気抵抗効果が発生する。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
すなわち、本発明の磁気抵抗効果素子１０においては、同一平面内の２つの強磁性層１１，１３との間に設けられるナノ接合部１２の最大長さ（幅方向の長さｄ１及び幅方向に直交する方向の長さｄ２）が平均自由行程以下であるので、ＢＭＲ効果により高感度の信号検出を行うことができると共に、その構成に由来する静磁エネルギーの低減作用と、端面に発現する静磁荷の発生を抑圧する作用とにより、磁区構造制御と磁気的安定性を確保することができる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
非磁性層２１上に形成される強磁性層２２は、自由層である第１の強磁性層１１を安定させるように作用する層であり、例えばＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ等の強磁性金属群、ＣｒＯ２等の強磁性半金属群、及びＦｅ３Ｏ４等の強磁性酸化物群から選択される強磁性材料が好ましく用いられ、通常２〜１０ｎｍ程度の厚さで形成される。このとき、選ばれる強磁性材料と、第１の強磁性層１１を構成する強磁性材料とは、同じであっても異なっていてもよいが、同じ材料で形成することが安定した製造を実現する上で好ましい。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
非磁性層２１上に形成される強磁性層２２は、固定層である第２の強磁性層１３を安定させるように作用する層であり、例えばＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ等の強磁性金属群、ＣｒＯ２等の強磁性半金属群、及びＦｅ３Ｏ４等の強磁性酸化物群から選択される強磁性材料が好ましく用いられ、通常２〜１０ｎｍ程度の厚さで形成される。このとき、選ばれる強磁性材料と、第２の強磁性層１３を構成する強磁性材料とは、同じであっても異なっていてもよいが、同じ材料で形成することが安定した製造を実現する上で好ましい。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６７】
（磁気抵抗効果素子の製造方法）
本発明の磁気抵抗効果素子１０は、基板１４上に強磁性材料からなる層を形成する強磁性層形成工程と、形成された強磁性層をパターニングして、前記２つの強磁性層間のナノ接合部１２の最大長さを前記強磁性材料の平均自由行程以下にするパターニング工程と、を有する方法により製造される。図７は、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法の一例を示す工程説明図である。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
このパターニング工程により、ナノ接合部１２の最大長さが、そのナノ接合部１２を構成する強磁性材料の平均自由行程以下に加工される。また、図７（ｄ）において、下部の第１の強磁性層１１は自由層を示し、その寸法ＬとＤが対応する記録密度に対して最適化するように加工される。また、図１にも示した第１の絞り角度θ１及び第２の絞り角度θ２は、磁気抵抗変化率が最大又は略最大になるように、１０°から９０°の範囲となるようにパターニングされるが、第２の絞り角度θ２は形状異方性の付与による軟磁気特性の劣化、換言すれば保磁力の増加を抑えるために９０°近く（例えば、７５°〜９０°）になるように加工される。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2005109241.tif 000001
【手続補正２０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2005109241.tif 000002
【手続補正２１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2005109241.tif 000003